Сильные взаимодействия между двумя протонами.

[arbuz]

В литературе часто утверждается, что:
1. При сильных взаимодействиях электромагнитным взаимодействием можно пренебречь.
2. Сильное взаимодействие между протоном и нейтроном практически такое же, как между двумя протонами.

Проверяем. Сближаем протон и нейтрон. При достаточно малом растоянии получается ядро.
Теперь сближаем до того же растояние или даже поменьше два протона. Ничего не получается - они сразу разлетаются. Почему они не захватывают друг друга за счет сильного взаимодействия так же как протон и нейтрон?

[AnatolyBa]

Был недавно аналогичный вопрос про нейтроны
Сильное взаимодействие зависит от спинов. Например протон и нейтрон образуют связанное состояние только при параллельных (т.е. одинаковых) спинах. Два протона не могут в предполагаемом связанном состоянии иметь одинаковый спин т. к. фермионы. Поэтому связанное состояние не может образоваться

[Munin]

Опять незнание матчасти.

Протон и нейтрон отличаются друг от друга не только электромагнитным взаимодействием. Они отличаются друг от друга изоспином. (В сильном взаимодействии подразумевается "сильный" или "ядерный изоспин" $I$: у лептонов он нуль. В слабом взаимодействии - "слабый изоспин" $T,$ которым обладают как адроны, так и лептоны. Зато, "слабым изоспином" обладают только левые компоненты фермионов, а у правых - он нуль.)

Далее.

arbuz в сообщении #1105673 писал(а):

2. Сильное взаимодействие между протоном и нейтроном практически такое же, как между двумя протонами.

Это утверждение неверно. Верно другое:
- протон участвует в сильном взаимодействии так же, как и нейтрон.

Это значит, что если в физической системе заменить все протоны на нейтроны, а все нейтроны одновременно - на протоны, то получится совершенно эквивалентная физическая система, с теми же квантовыми уровнями. В ядерной физике такие системы называются "зеркальные ядра", например, $\mathrm{{}_{\hphantom{0}6}^{13}C}$ и $\mathrm{{}_{\hphantom{0}7}^{13}N}.$

Это свойство называется зарядовая независимость. Из него, и свойства квантовой суперпозиции, делается вывод о более общем свойстве - зарядовой инвариантности, или изотопической инвариантности. А именно:
- протон и нейтрон выступают как одна частица - нуклон - имеющая состояние в абстрактном изоспиновом пространстве, а именно, обладающая изоспином $I={}^1\!/_2$ (во многих книгах обозначен $T$), и в частных случаях $I_z=\pm{}^1\!/_2$ проявляющаяся как протон ($I_z=+{}^1\!/_2$) или нейтрон ($I_z=-{}^1\!/_2$);
- все законы сильного взаимодействия независимы по отношению к произвольным вращениям в изоспиновом пространстве.
Матрицы Паули в изоспиновом пространстве обозначаются $(\tau_x,\tau_y,\tau_z)=(\tau_1,\tau_2,\tau_3)=\boldsymbol{\tau}.$

Это значит, что в формулы сильного взаимодействия не может входить ни отдельно $\tau_z,$ ни какая-либо другая из проекций, ни тем более отдельно волновые функции протона или нейтрона (что эквивалентно использованию $\tau_z$). Все формулы сильного взаимодействия должны быть правильными спинорными формулами. В том числе, такие наблюдаемые, как энергия, вероятность и т. п., должны быть скалярами по изоспину.

В частности, для нуклон-нуклонного взаимодействия это приводит к энергии взаимодействия, включающей произведение $\boldsymbol{\tau}_1\cdot\boldsymbol{\tau}_2,$ где $\boldsymbol{\tau}_{1,2}$ - изоспины первого и второго нуклонов. Отсюда ясно, что хотя сильное взаимодействие не различает протон и нейтрон, оно легко различает относительные состояния: пары "протон-протон" и "нейтрон-нейтрон" направлены в пространстве изоспинов "параллельно", а пара "протон-нейтрон" - нет! В зависимости от фазы, пара "протон-нейтрон" может быть либо "параллельной", либо "антипараллельной" - может образовывать либо (изо)триплетное, либо (изо)синглетное состояние. Дейтрон имеет $I=0.$

Литература:
Мухин. Экспериментальная ядерная физика.
(Широков, Юдин. Ядерная физика.)
(Хелзен, Мартин. Кварки и лептоны.)
Эриксон, Вайзе. Пионы и ядра.

[arbuz]

Можно ли такое простое рассмотрение продолжить немного дальше?

Системы из трех частиц.
Три протона или три нейтрона - не связываются.
Два протона и нейтрон. Нейтрон связывается с каждым из протонов, но протоны между собой не связываются.

Достаточно ли рассматривать только парные взаимодействия, или без многочастичных обойтись нельзя?

Четыре частицы.
Если все одинаковые - не связываются.
Нейтрон и три протона - три слабенькие (за счет деления) связи от нейтрина к трем протонам.
По два протона и нейтрона (альфа частица) - две полноценные связи.

Кстати, когда-то были модели ядра как бы состоящего из альфа частиц. Почему эти модели "не пошли"? Если я не ошибаюсь, современные модели больше похожи на мешок или каплю, в которых не выделяют блоков вроде альфа частиц.

[Munin]

arbuz в сообщении #1106124 писал(а):

Можно ли такое простое рассмотрение продолжить немного дальше?

Оно для вас простое???

arbuz в сообщении #1106124 писал(а):

Достаточно ли рассматривать только парные взаимодействия, или без многочастичных обойтись нельзя?

Вы сначала парные хотя бы справьтесь рассмотреть.

Когда вы прочитаете в Эриксоне-Вайзе хотя бы 3 главу до параграфа 3.3.3, тогда поговорим. Когда вы будете знать, что такое тензорная часть взаимодействия, а на досуге - представлять, как она выглядит в трёхчастичной квантовой системе.

(Многочастичные взаимодействия в КТП возникают как петлевые диаграммы.)

А вот этого жалкого лепета - не нужно.

arbuz в сообщении #1106124 писал(а):

Кстати, когда-то были модели ядра как бы состоящего из альфа частиц. Почему эти модели "не пошли"?

Почему это "не пошли"? Протоны и нейтроны - фермионы. По принципу Паули, на каждом уровне по две частицы. Уровни симметричны, поэтому всего на уровень приходится два протона и два нейтрона - "брутто" как раз $\alpha$-частица. Поэтому все свойства ядер периодичны по мере заполнения этих "альфа-частичных периодов". Ну это азбука, ещё в Мухине, про свойства чётно-чётных, чётно-нечётных, нечётно-чётных и нечётно-нечётных ядер.

arbuz в сообщении #1106124 писал(а):

Если я не ошибаюсь, современные модели больше похожи на мешок или каплю, в которых не выделяют блоков вроде альфа частиц.

Современных моделей очень много. Они в разных ситуациях сменяют друг друга. Есть и те и другие. В Мухине обзор весьма подробный.

[arbuz]

Munin в сообщении #1106272 писал(а):

arbuz в сообщении #1106124 писал(а):

Достаточно ли рассматривать только парные взаимодействия, или без многочастичных обойтись нельзя?

Вы сначала парные хотя бы справьтесь рассмотреть.

Когда вы прочитаете в Эриксоне-Вайзе хотя бы 3 главу до параграфа 3.3.3, тогда поговорим. Когда вы будете знать, что такое тензорная часть взаимодействия, а на досуге - представлять, как она выглядит в трёхчастичной квантовой системе.

(Многочастичные взаимодействия в КТП возникают как петлевые диаграммы.)

Вы попытались ответить не на мой вопрос, а на какой-то другой. Зачем? Вопрос был можно ли обойтись без... Возможные ответы: да, нет, не знаю.

[Munin]

arbuz в сообщении #1106671 писал(а):

Возможные ответы: да, нет, не знаю.

Ничто из перечисленного.

Как и с очень многими дилетантскими вопросами, на которые, они воображают, ответы могут быть толко "да" или "нет". Чаще всего ответ "всё сложнее". В основном даже "всё гораздо сложнее".

[arbuz]

Что можно сказать о локализации четверки нуклонов (альфа частицы) в ядре? Они размазаны по всему ядру или в тяжёлых ядрах могут быть локализованы в малой области ядра?

Если в результате естественной радиоактивности альфа частица вылетела из ядра, то можно ли сказать, что все 4 нуклона вылетели с одной оболочки или они могут быть и с разных оболочек?

[Geen]

arbuz в сообщении #1106731 писал(а):

Если в результате естественной радиоактивности альфа частица вылетела из ядра, то можно ли сказать, что все 4 нуклона вылетели с одной оболочки или они могут быть и с разных оболочек?

Munin в сообщении #1106720 писал(а):

Как и с очень многими дилетантскими вопросами, на которые, они воображают, ответы могут быть толко "да" или "нет". Чаще всего ответ "всё сложнее". В основном даже "всё гораздо сложнее".

Прошу прощения, если что...

[arbuz]

Можно поиграть в комбинаторику и написать уйму возможных каналов для указанного процесса. Будет ли первый указанный канал основным?

Речь ессно идёт о вероятностях. Если для первого канала она практически 100%, то можно сказать, что все 4 нуклона с одного уровня.

[Geen]

arbuz в сообщении #1106747 писал(а):

Будет ли первый указанный канал основным?

Для какого ядра и в каком состоянии? - так и хочется спросить...

[arbuz]

Ядро атома азота

[Munin]

arbuz в сообщении #1106731 писал(а):

Что можно сказать о локализации четверки нуклонов (альфа частицы) в ядре? Они размазаны по всему ядру или в тяжёлых ядрах могут быть локализованы в малой области ядра?

"Размазаны".

arbuz в сообщении #1106731 писал(а):

Если в результате естественной радиоактивности альфа частица вылетела из ядра, то можно ли сказать, что все 4 нуклона вылетели с одной оболочки или они могут быть и с разных оболочек?

С одного уровня. Уровень ≠ оболочка.

arbuz в сообщении #1106755 писал(а):

Ядро атома азота

Вы Мухина открывали, или как?

[arbuz]

Munin в сообщении #1106760 писал(а):

arbuz в сообщении #1106731 писал(а):

Что можно сказать о локализации четверки нуклонов (альфа частицы) в ядре? Они размазаны по всему ядру или в тяжёлых ядрах могут быть локализованы в малой области ядра?

"Размазаны".

Это следует из расчета волновой функции или из эксперимента?

Если размазаны эти 4, то и все остальные тоже, а также и оболочка. Так?
Тогда в каком смысле она оболочка?

(Оболочка в атоме почти в буквальном смысле выглядит как оболочка.)

[Munin]

Ни в каком. Слово просто испольуется по инерции.

Вы Мухина когда откроете?